CC BY
15
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА
Том 300 1977
КИНЕТИКА ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ ПРИ ТЕРМИЧЕСКОМ РАЗЛОЖЕНИИ ТОРФА
С. И. СМОЛЪЯНИНОВ, я. А. БЕЛИХМАЕР, В. М. ИКРИН
(Представлена научно-методическим семинаром органических кафедр химико-технологического факультета)
Исследование кинетики газовыделения производилось на деривато-графической установке, дополненной хроматографическим анализом газообразных продуктов при линейном подъеме температуры (5°С/мин). Среда инертная. Скорость отсоса газообразных продуктов 25 мл/мин, периодичность отбора-проб газа на анализ 4 мин.
Объектом исследования являлись два типичных торфа Западной Сибири: осоковый низинный и комплексный верховой. Характеристика объекта исследования представлена в табл. 1, 2.
Таблица I
Ботанический состав и данные технического анализа, %
Шифр пробы Ботанический состав, % Вид торфа Степень разложения . Ас ут
Т Осока 70 Трав. ост. 15 Вахта 10 Хвощ 5 Осоковый низинный 35 9,3 10,9 68,4
Б Сф. ангусти- фолиум 30 Сф. полюстриа 25 Сф. куспида- тум 15 Пушица 20 Неопред. ост. 15 Данные элем Комплексный верховой ентного и групповог 15 о химическ 10,7 ого анали 2,9 Та б за, % 77,0 лица 2
Шифр пробы Сг № Битумы (бенз) ВР и ЛГ Гумино- в.ые кислоты Фульво-кислоты Лигнин Целлюлоза
Т Б 53,8 50,0 5,2 5,7 4,2 2,7 21,0 40,0 36,5 20,0 19,5 21,0 14,4 9,0 4,5 7,3
i
\
? / \ с?
т
т ес
Динамика процесса суммарного разложения и образования индивидуальных компонентов газа представлена на рис. 1.
Характеризуя процесс деструкции торфа на основании дифференциальной кривой выделения летучих продуктов, можно отметить наличие области 0—500°С. а также области, где скорость образования летучих продукта з незначительна (500— Ю00°С).
Сравнивая верховой и низинный торфы, можно заметить, что интенсивность про-цесса до 300° С выше у верхового торфа, до 500°С интенсивность процесса выше у низинного торфа и в высокотемпературной области они очень близки.
На первом этапе разложения образуются в основном кислородсодержащие продукты, количество и скорость образования которых у верхового торфа больше.
Если интенсивность образования двуокиси углерода в области 500°С у верховою торфа больше и далее к 800°С выравнивается с низинным, то интенсивность образования окиси углерода в области 600—950°С больше у низинного торфа, а к 900° С они выравниваются. Большую роль в образовании кислородсодержащих продуктов в высокотемпературной области могут играть процессы разложения минеральной части торфа (карбонатов) и конверсии двуокиси углерода.
Скорость образования метана имеет один максимум при 500° С, причем интенсивность образования и его количество выше у низинного торфа.
Аналогичное можно отметить и для процесса образования водорода с той разницей, что заметны два ^максимума в той же температурной области, и возрастание интенсивности образования водорода выше 850°С. Характерным для обоих торфов является одинаковое температурное положение областей образования соответствующих газов и характерных участков кривых (экстремумов). Кроме того, имеется температурное соответствие между процессами образования СО2 и СО, Но и СН4, что, вероятно, может быть следствием одинаковой прочности связей, разрушение которых отвечает им, или следствием одинакового механизма образования.
Следовательно, можно констатировать, что независимо от (вида торфа, его ботанического и группового химического состава характер термической деструкции подобен. Интенсивность же процесса и коли-
?ис. 1. Динамика пиролиза торфа. О—О—О торф Т; Н---г---Ь торф Б; а — скорость изменения веса; б — образование СО:;; б — образование СО; г — образование СН4; д—образование Н2
честно образующихся продуктов зависят от химического состава образцов.
У низинного торфа образуется большее количество твердого продукта, меньшее количество газообразных продуктов (табл. 3).
По жидким продуктам разница невелика. В отношении количества индивидуальных компонентов газа можно отметить, что при термическом разложении верхового торфа образуется больше кислородсодержащих газов и меньше водорода и метана.
Таблица 3
Материальный баланс продуктов пиролиза торфа, %
Газообразные
Шифр Твердые Жидкие Газообразные со2 СО н2 сн4
Т 24,0 47,5 28,5 76,5 14.3 0.3 8,9
Б 21,5 45,3 33,2 82,5 1М ол 2.0
Кинетический анализ процесса образования летучих продуктов для обоих торфов характеризуется подобными величинами энергий активации: для суммарного процесса — 16 26 ккал/моль;
образование С02 — 20-21 ккал/моль;
СО — 15 20 ккал/моль;
СН4 — 29-39 ккал/моль;
Н2 — 36 - 40 ккал/моль.
Порядок процесса для образования кислородсодержащих газов 1,0, а для образования метана и водорода 2-3, что связано, по-видимому, с более сложным механизмом образования водорода и метана.
